Cisão Mecânica de Polímeros Flexíveis na Redução de Arrasto em Escoamentos Turbulentos Através de Contrações
Nome: IVANOR MARTINS DA SILVA
Tipo: Tese de doutorado
Data de publicação: 17/06/2021
Orientador:
Nome |
Papel |
|---|---|
| EDSON JOSE SOARES | Orientador |
| RENATO DO NASCIMENTO SIQUEIRA | Co-orientador |
Banca:
| Nome |
Papel |
|---|---|
| RONEY LEON THOMPSON | Examinador Externo |
Páginas
Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo experimental da redução de arrasto (DR, do termo drag reduction) em escoamento turbulento por adição de polímeros, abordando especificamente a degradação polimérica em acessórios de tubulação (contrações abruptas). A avaliação da degradação polimérica nas contrações abruptas é feita em uma bancada de tubulação, com tubo de 16,5 mm de diâmetro interno. São utilizadas as contrações com relação de diâmetro interno 2x1 e 1,5x1. Nesses testes são utilizadas soluções de óxido de polietileno (PEO) diluído em água filtrada, com concentrações de 25, 50, 100 e 200 ppm em base mássica. Com o objetivo de avaliar o efeito da massa molecular, Mw, na redução de arrasto, utiliza-se polímeros com Mw = 1,0 x 106, 2,0 x 106, 5,0 x 106 e 8,0 x 106 g/mol. O escoamento é impulsionado por um compressor e os testes são feitos com pressão constante, com número de Reynolds entre 70.000 e 90.000. Este estudo avalia também a relação entre degradação polimérica, viscosidade intrínseca e massa molecular Mw. O estudo mostra a redução de Mw quando DR cai devido à degradação mecânica do polímero. Na literatura há muitos estudos da redução de arrasto em tubulação, porém, esses trabalhos avaliam geralmente a degradação polimérica como um todo na tubulação, ou seja, incluindo bomba, tubo reto, curvas, tês, válvulas e reduções, sem avaliar especificamente o acessório. A aplicação prática da redução de arrasto em dutos de grandes comprimentos ou tubulações industriais torna interessante a investigação de quão importante é a degradação nos acessórios em relação aos trechos retos. É quantificado aqui a perda de eficiência de DR quando há uma contração abrupta na tubulação, e constata-se que essa perda é significativamente maior do que quando há apenas trecho reto. O presente trabalho avalia as condições em que ocorrem a quebra da cadeia polimérica em escoamento turbulento e os parâmetros que influenciam esse importante fenômeno. Propõe-se um modelo matemático para descrever o coeficiente de redução de arrasto, DR, em função de quatro variáveis: número de passes pela bancada, Np, concentração da solução polimérica, c, massa molecular, Mw, e relação de raios da contração, R1/R2. É descrito a relação entre a queda de DR e a queda da massa molecular. Por fim, os valores de massa molecular da solução degradada são obtidos através da medição da viscosidade intrínseca, utilizando a Equação de Mark-Houwink. Redução de arrasto em acessórios de tubulação é um tema ainda pouco estudado.
